【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体を基板とする半導体発光素子において、前記基板の上に成長した多層構造各層の応力を制御することを特徴とする前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の劣化防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長400nm帯の窒化ガリウム系発光素子は次世代のデジタルビデオディスク（DVD）用の光源として最も期待される光源のひとつであり、高温時に高出力動作可能な発光素子の開発が活発に議論されている。しかし、前記窒化ガリウム系発光素子を構成する窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体の結晶成長は極めて困難であり、素子特性は実用上要求されるレベルを満足していない。特に、素子の劣化防止は、量産化に向けて前記窒化ガリウム系発光素子の抱える最大の課題である。
【０００３】
前記窒化ガリウム系発光素子の劣化を促進する要因のひとつは、前記窒化ガリウム系発光素子の活性層に働く応力である。前記活性層に強い引張り応力が働いている場合、素子劣化が著しく、寿命時間は極度に低下する。前記応力は▲１▼素子を形成する基板の種類と、▲２▼素子を構成する前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体の結晶成長時および接合材料による実装時の熱履歴に強く依存する。
【０００４】
従来用いられている代表的な前記基板は、サファイア基板、もしくはELO技術を用いたサファイア上低転位基板であるが、これらは前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体との熱膨張係数差が大きいということ、また前記窒化ガリウム系発光素子の端面形成が容易でないなどの欠点を有する。
【０００５】
一方、最近、前記欠点を克服する基板として窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体を基板とする窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の形成が試みられている。非特許文献１では、窒化ガリウムを基板とする発光素子の検討を行っている。しかしながら、窒化ガリウム基板を用いた発光素子に関して、実用上要求される寿命時間レベルを満たす素子は得られていない。
【０００６】
これまでのところ、窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体を基板とする窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子に関して、活性層の応力に起因する素子劣化を防止する有力な方法は提案されていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２２２８３号公報（特に段落番号００１３および００３３）
【特許文献２】
特開２００２−２９９７６９号公報
【非特許文献１】
Technical report of IEICE LQE2001-29, 73 (2001)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来の問題を解決し、前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体を基板とする窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子において、応力に起因する劣化を防止し、寿命時間の改善を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体を基板とする半導体発光素子の劣化を防止する方法において、前記基板の上に成長した多層構造各層の応力を制御することを特徴とする前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の劣化防止方法である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記基板の厚さを調整することにより前記多層構造各層の応力を制御することを特徴とする請求項１に記載の窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の劣化防止方法である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体素子をパッケージへ実装する際に、実装温度を調整することにより、前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体素子の各層の応力を制御することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の劣化防止方法である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体素子を前記パッケージへ実装する際に、サブマウントを用いる場合、前記サブマウントの熱膨張係数、および前記実装温度に応じて前記基板厚を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の劣化防止方法である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記サブマウントの材質が窒化アルミニウムであり、前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の前記基板の厚さが６５μm以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の劣化防止方法である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記サブマウントの材質が炭化珪素であり、前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の前記基板の厚さが１００μm以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の前記窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の劣化防止方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の構成断面図の一例を示している。図１に示すように、ｎ型の窒化ガリウムからなる基板１１の上に、ｎ型の窒化ガリウム基板１１の上に成長するｎ型バッファ層１２と、ｎ型クラッド層１３と、ｎ型ガイド層１４と、活性層１５と、ｐ型ガイド層１６と、ｐ型クラッド層１７と、ｐ型コンタクト層１８と、電流狭窄絶縁層１９と、窒化ガリウム基板１１裏面のｎ型電極２０と、ｐ型コンタクト層の上部のｐ型電極２１からなる。
【００１７】
図２は第１の実施形態に係る窒化ガリウム系発光素子をジャンクションダウン法により実装した様子を示している。図２に示すように、第１の実施形態に係る窒化ガリウム系発光素子が、導電性および放熱性に優れた窒化アルミニウムからなるサブマウント２２の主面上にｐ型電極２１側で接合されている。
【００１８】
また図３は第１の実施形態に係る窒化ガリウム系発光素子をジャンクションアップ法により実装した様子を示している。図３に示すように、第１の実施形態に係る窒化ガリウム系発光素子が、導電性および放熱性に優れた窒化アルミニウムからなるサブマウント２２の主面上に、ｎ型電極２０側で接合されている。
【００１９】
以下の表１は第１の実施形態に係る窒化ガリウム系発光素子を図２および図３に示すように窒化アルミニウムからなるサブマウント２２に、ジャンクションダウン法もしくはジャンクションアップ法により実装した状態において、素子の活性層に働く応力を計算した結果の一例である。
【００２０】
【表１】
【００２１】
表１に示すように、ジャンクションダウン法で実装した場合、活性層に働く応力は基板の厚さよらずに引張り応力であり、その応力は基板厚が増加するにつれて減少している。一方、ジャンクションアップ法で実装した場合、活性層に働く応力は基板厚が増加するにつれて引張り応力から圧縮応力へと変化している。
【００２２】
同様の応力計算を、実装時の典型的な温度１９０℃〜２６０℃の範囲において行った。ここで設定した実装の温度範囲は、実装に用いるはんだ材料の特性から制約される温度範囲である。
【００２３】
窒化アルミニウムからなるサブマウントを用いた実装の場合、窒化ガリウム基板１１の厚さが６５μｍ以上５００μｍ以下であれば、図２に示すジャンクションダウン法、もしくは図３に示すジャンクションアップ法のいずれかにおいて、実装温度を１９０℃〜２６０℃の範囲で適当に設定することにより、活性層に働く応力の範囲を０．１ＧＰａ以下の引張り応力、あるいは０．０５ＧＰａ以下の圧縮応力に制御することが出来る。過度の応力は素子の信頼性に重大な障害をもたらすことから、活性層に働く応力は出来る限り上記の範囲内に抑えることが望ましい。
【００２４】
基板厚が６５μｍ以下の場合には、活性層に働く応力が増大するのみならず、素子が割れやすいためにハンドリングが困難である。
【００２５】
一方、窒化ガリウム基板１１を用いた窒化ガリウム系発光素子の場合、活性層に働く応力を低減するという観点では、基板が厚くなれば厚くなるほど、引張り応力による素子劣化の防止には有利である。しかしながら、５００μｍを越えるような過度な窒化ガリウム基板厚は、へき開による発光素子の端面形成を困難にする。したがって、窒化ガリウム基板の厚さは、活性層に働く応力が低いレベル抑制され、なおかつ、へき開が容易である厚さに設定されることが好ましい。この具体的な厚み（窒化ガリウム基板１１の厚み）が６５μｍ以上５００μｍ以下である。
【００２６】
なお、窒化ガリウム基板が過度に厚い場合においても、端面形成が容易にするように基板形状を加工することが好ましい。例えば、端面を形成する部分のみ、窒化ガリウム基板の裏面側をストライプ状に除去するなどして、へき開による端面形成を容易に保つことも出来る。
【００２７】
素子を構成する各層に働く上記応力の指標のひとつとして、素子の反り量がある。素子の反り量は、例えば干渉計を用いることにより測定することができる。
【００２８】
以下の表２は、第１の実施形態に係る窒化ガリウム系発光素子を、窒化アルミニウムからなるサブマウントを用いて、図２に示すようにジャンクションダウン法で実装した場合について、素子の反り量を測定した結果である。
【００２９】
【表２】
【００３０】
表２に示すように、窒化ガリウム基板の厚さが１００μｍの場合、素子の反り量は０．０２８μｍ、窒化ガリウム基板の厚さが２００μｍの場合、素子の反り量は０．０３３μｍであった。表２中の実線は、上記の応力計算から求められる素子の反り量である。応力計算から求められた素子の反り量と実測の反り量の良い一致がは、窒化ガリウム基板の厚さを制御することにより、素子の活性層に働く応力を制御が可能であることを示す。
【００３１】
以上では活性層に働く応力を例に述べたが、素子を構成するすべての層について、同様の手法を用いることにより応力の制御が可能である。
【００３２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１は本発明の第２の実施形態に係る窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の構成断面図の一例を示している。図２は第２の実施形態に係る窒化ガリウム系発光素子をジャンクションダウン法により実装した様子を示している。図３は第２の実施形態に係る窒化ガリウム系発光素子をジャンクションアップ法により実装した様子を示している。図１、図２、および図３は、本発明の実施形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００３４】
以下の表３は第２の実施形態において、窒化アルミニウムからなるサブマウント２２を、炭化珪素からなるサブマウントに置き換えて、ジャンクションダウン法もしくはジャンクションアップ法により実装した状態において、素子の活性層に働く応力を計算した結果の一例である。
【００３５】
【表３】
【００３６】
表３に示すように、ジャンクションダウン法で実装した場合、活性層に働く応力は基板の厚さよらずに引張り応力であり、その応力は基板厚が増加するにつれて減少している。一方、ジャンクションアップ法で実装した場合、活性層に働く応力は基板厚が増加するにつれて引張り応力から圧縮応力へと変化している。
【００３７】
同様の応力計算を、実装時の典型的な温度１９０℃〜２６０℃の範囲において行った。ここで設定した実装の温度範囲は、実装に用いるはんだ材料の特性から制約される温度範囲である。
【００３８】
炭化珪素からなるサブマウントを用いた実装の場合、窒化ガリウム基板の厚さが１００μｍ以上５００μｍ以下であれば、図２に示すジャンクションダウン法、もしくは図３に示すジャンクションアップ法のいずれかにおいて、実装温度を１９０℃〜２６０℃の範囲で適当に設定することにより、活性層に働く応力の範囲を０．２ＧＰａ以下の引張り応力、あるいは０．０３ＧＰａ以下の圧縮応力に制御することが出来る。過度の応力は素子の信頼性に重大な障害をもたらすことから、活性層に働く応力は出来る限り上記の範囲内に抑えることが望ましい。
【００３９】
上記の範囲を超える厚みの基板を用いた素子では、活性層に働く応力が過度になるのみならず、素子のハンドリングや端面形成を困難にするため好ましくない。
【００４０】
素子を構成する各層に働く上記応力の指標のひとつとして、素子の反り量がある。素子の反り量は、例えば干渉計を用いることにより測定することができる。
【００４１】
以下の表４は、第１の実施形態に係る窒化ガリウム系発光素子を、炭化珪素からなるサブマウントを用いて、図２に示すようにジャンクションダウン法で実装した場合について、素子の反り量を測定した結果である。
【００４２】
【表４】
【００４３】
表４に示すように、窒化ガリウム基板の厚さが１００μｍの場合、素子の反り量は０．０３８μｍ、窒化ガリウム基板の厚さが２００μｍの場合、素子の反り量は０．０４７μｍであった。表４中の実線は、上記の応力計算から求められる素子の反り量である。応力計算から求められた素子の反り量と実測の反り量の良い一致がは、窒化ガリウム基板の厚さを制御することにより、素子の活性層に働く応力を制御が可能であることを示す。
【００４４】
以上、本発明の第２の実施形態では活性層に働く応力を例に述べたが、素子を構成するすべての層について、同様の手法を用いることにより応力の制御が可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の劣化防止方法によると、窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体を基板とする発光素子の活性層の応力を基板厚の調整により制御することができ、応力に起因する素子の劣化を防止する極めて有効な方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１・第２の実施形態に係る窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子の構成断面図
【図２】本発明の第１・第２の実施形態に係る窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子が実装された状態を示す構成断面図
【図３】本発明の第１・第２の実施形態に係る窒化物系III‐Ｖ族化合物半導体発光素子が実装された状態を示す構成断面図
【符号の説明】
１１ ｎ型窒化ガリウム基板
１２ ｎ型バッファ層
１３ ｎ型クラッド層
１４ ｎ型ガイド層
１５ 活性層
１６ ｐ型ガイド層
１７ ｐ型クラッド層
１８ ｐ型コンタクト層
１９ 電流狭窄絶縁層
２０ ｎ型電極
２１ ｐ型電極
２２ サブマウント[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a semiconductor light emitting device using a nitride III-V compound semiconductor as a substrate, wherein the stress of each layer of the multilayer structure grown on the substrate is controlled. The present invention relates to a method for preventing deterioration of a compound semiconductor light emitting device.
[0002]
[Prior art]
Gallium nitride-based light-emitting devices with a wavelength of 400 nm are one of the most promising light sources for next-generation digital video discs (DVDs), and active development of light-emitting devices capable of high-power operation at high temperatures is actively discussed. Yes. However, crystal growth of the nitride-based III-V compound semiconductor constituting the gallium nitride-based light-emitting device is extremely difficult, and the device characteristics do not satisfy the practically required level. In particular, prevention of deterioration of the element is the greatest problem of the gallium nitride-based light emitting element for mass production.
[0003]
One factor that promotes the deterioration of the gallium nitride-based light emitting device is a stress acting on the active layer of the gallium nitride-based light emitting device. When a strong tensile stress is applied to the active layer, the device is remarkably deteriorated and the lifetime is extremely reduced. The stress strongly depends on (1) the type of substrate on which the element is to be formed, and (2) the thermal history during the crystal growth of the nitride III-V compound semiconductor constituting the element and during mounting with the bonding material.
[0004]
The typical substrate used in the past is a sapphire substrate or a low dislocation substrate on sapphire using ELO technology, but these have a large difference in thermal expansion coefficient from the nitride III-V compound semiconductor. In addition, the gallium nitride-based light emitting device has disadvantages such as difficulty in forming an end face.
[0005]
Recently, an attempt has been made to form a nitride III-V compound semiconductor light emitting device using a nitride III-V compound semiconductor as a substrate to overcome the above-mentioned drawbacks. Non-Patent Document 1 examines a light-emitting element using gallium nitride as a substrate. However, regarding a light-emitting element using a gallium nitride substrate, an element that satisfies a practically required life time level has not been obtained.
[0006]
So far, with respect to nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting devices using nitride-based III-V compound semiconductors as substrates, effective methods for preventing device deterioration due to active layer stress have been proposed. Absent.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-22283 A (particularly paragraphs 0013 and 0033)
[Patent Document 2]
JP 2002-299769 A [Non-Patent Document 1]
Technical report of IEICE LQE2001-29, 73 (2001)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, prevents deterioration due to stress in a nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting device using the nitride-based III-V compound semiconductor as a substrate, and reduces the lifetime. The purpose is to improve.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a method of preventing deterioration of a semiconductor light emitting device having a nitride III-V compound semiconductor as a substrate, and a multilayer structure grown on the substrate. The method of preventing deterioration of the nitride-based III-V compound semiconductor light emitting device, wherein the stress of each layer is controlled.
[0010]
2. The nitride-based III-V compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the stress of each layer of the multilayer structure is controlled by adjusting the thickness of the substrate. This is a method for preventing deterioration of the material.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, when the nitride-based III-V compound semiconductor device is mounted on a package, by adjusting a mounting temperature, each layer of the nitride-based III-V compound semiconductor device is adjusted. 3. The method for preventing deterioration of a nitride III-V compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein stress is controlled.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, when a submount is used when mounting the nitride-based III-V compound semiconductor device to the package, depending on the thermal expansion coefficient of the submount and the mounting temperature. 4. The method for preventing deterioration of a nitride III-V compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the thickness of the substrate is adjusted.
[0013]
The invention according to claim 5 is characterized in that the material of the submount is aluminum nitride, and the thickness of the substrate of the nitride-based III-V compound semiconductor light emitting device is 65 μm or more. 5. The method for preventing deterioration of the nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting device according to any one of 1 to 4.
[0014]
The invention according to claim 6 is characterized in that the material of the submount is silicon carbide, and the thickness of the substrate of the nitride-based III-V compound semiconductor light emitting device is 100 μm or more. 5. The method for preventing deterioration of the nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting device according to any one of 1 to 4.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 shows an example of a sectional view of a nitride III-V compound semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an n-type buffer layer 12 grown on an n-type gallium nitride substrate 11, an n-type cladding layer 13, and an n-type guide layer on a substrate 11 made of n-type gallium nitride. 14, active layer 15, p-type guide layer 16, p-type cladding layer 17, p-type contact layer 18, current confinement insulating layer 19, n-type electrode 20 on the back surface of gallium nitride substrate 11, p-type The p-type electrode 21 is formed on the contact layer.
[0017]
FIG. 2 shows a state in which the gallium nitride light emitting device according to the first embodiment is mounted by the junction down method. As shown in FIG. 2, the gallium nitride-based light emitting device according to the first embodiment is bonded on the main surface of a submount 22 made of aluminum nitride having excellent conductivity and heat dissipation on the p-type electrode 21 side. Yes.
[0018]
FIG. 3 shows a state in which the gallium nitride-based light emitting device according to the first embodiment is mounted by the junction-up method. As shown in FIG. 3, the gallium nitride light emitting device according to the first embodiment is bonded to the main surface of the submount 22 made of aluminum nitride having excellent conductivity and heat dissipation on the n-type electrode 20 side. ing.
[0019]
Table 1 below shows the device in the state in which the gallium nitride based light emitting device according to the first embodiment is mounted on the submount 22 made of aluminum nitride by the junction down method or the junction up method as shown in FIGS. It is an example of the result of having calculated the stress which acts on the active layer of.
[0020]
[Table 1]
[0021]
As shown in Table 1, when mounted by the junction down method, the stress acting on the active layer is a tensile stress regardless of the thickness of the substrate, and the stress decreases as the substrate thickness increases. On the other hand, when mounted by the junction-up method, the stress acting on the active layer changes from tensile stress to compressive stress as the substrate thickness increases.
[0022]
Similar stress calculations were performed at a typical temperature range of 190 ° C. to 260 ° C. during mounting. The mounting temperature range set here is a temperature range restricted by the characteristics of the solder material used for mounting.
[0023]
In the case of mounting using a submount made of aluminum nitride, if the thickness of the gallium nitride substrate 11 is 65 μm or more and 500 μm or less, either the junction down method shown in FIG. 2 or the junction up method shown in FIG. By appropriately setting the mounting temperature in the range of 190 ° C. to 260 ° C., the range of stress acting on the active layer can be controlled to a tensile stress of 0.1 GPa or less or a compressive stress of 0.05 GPa or less. Since excessive stress causes a serious obstacle to the reliability of the device, it is desirable to suppress the stress acting on the active layer within the above range as much as possible.
[0024]
When the substrate thickness is 65 μm or less, not only the stress acting on the active layer is increased, but also the device is easily cracked, so that handling is difficult.
[0025]
On the other hand, in the case of a gallium nitride-based light emitting device using the gallium nitride substrate 11, from the viewpoint of reducing the stress acting on the active layer, the thicker the substrate, the more advantageous the prevention of device deterioration due to tensile stress. However, an excessive gallium nitride substrate thickness exceeding 500 μm makes it difficult to form an end face of the light emitting element by cleavage. Therefore, the thickness of the gallium nitride substrate is preferably set to such a thickness that the stress acting on the active layer is suppressed to a low level and that cleavage is easy. The specific thickness (the thickness of the gallium nitride substrate 11) is 65 μm or more and 500 μm or less.
[0026]
Even when the gallium nitride substrate is excessively thick, it is preferable to process the substrate shape so as to facilitate the end face formation. For example, it is possible to easily maintain the end face formation by cleaving by removing the back surface side of the gallium nitride substrate only in a portion where the end face is to be formed.
[0027]
One of the indices of the stress acting on each layer constituting the element is the amount of warping of the element. The amount of warping of the element can be measured by using, for example, an interferometer.
[0028]
Table 2 below shows the amount of warpage of the element when the gallium nitride light emitting device according to the first embodiment is mounted by a junction down method as shown in FIG. 2 using a submount made of aluminum nitride. It is the result of measurement.
[0029]
[Table 2]
[0030]
As shown in Table 2, when the thickness of the gallium nitride substrate was 100 μm, the warpage amount of the element was 0.028 μm, and when the thickness of the gallium nitride substrate was 200 μm, the warpage amount of the element was 0.033 μm. The solid line in Table 2 represents the amount of warping of the element obtained from the above stress calculation. The good agreement between the warpage amount of the element obtained from the stress calculation and the actual warpage amount indicates that the stress acting on the active layer of the element can be controlled by controlling the thickness of the gallium nitride substrate.
[0031]
Although the stress acting on the active layer has been described above as an example, the stress can be controlled by using the same method for all layers constituting the element.
[0032]
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0033]
FIG. 1 shows an example of a sectional view of a nitride III-V compound semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a state in which the gallium nitride-based light emitting device according to the second embodiment is mounted by a junction down method. FIG. 3 shows a state in which the gallium nitride based light emitting device according to the second embodiment is mounted by the junction-up method. 1, 2, and 3 are the same as those of the first embodiment of the present invention, and thus description thereof is omitted.
[0034]
Table 3 below shows that, in the second embodiment, the submount 22 made of aluminum nitride is replaced with a submount made of silicon carbide, and works in the active layer of the element when mounted by the junction down method or the junction up method. It is an example of the result of having calculated stress.
[0035]
[Table 3]
[0036]
As shown in Table 3, when mounted by the junction down method, the stress acting on the active layer is a tensile stress regardless of the thickness of the substrate, and the stress decreases as the substrate thickness increases. On the other hand, when mounted by the junction-up method, the stress acting on the active layer changes from tensile stress to compressive stress as the substrate thickness increases.
[0037]
Similar stress calculations were performed at a typical temperature range of 190 ° C. to 260 ° C. during mounting. The mounting temperature range set here is a temperature range restricted by the characteristics of the solder material used for mounting.
[0038]
In the case of mounting using a submount made of silicon carbide, if the thickness of the gallium nitride substrate is not less than 100 μm and not more than 500 μm, either the junction down method shown in FIG. 2 or the junction up method shown in FIG. By appropriately setting the temperature in the range of 190 ° C. to 260 ° C., the range of stress acting on the active layer can be controlled to a tensile stress of 0.2 GPa or less or a compressive stress of 0.03 GPa or less. Since excessive stress causes a serious obstacle to the reliability of the device, it is desirable to suppress the stress acting on the active layer within the above range as much as possible.
[0039]
An element using a substrate having a thickness exceeding the above range is not preferable because not only the stress acting on the active layer becomes excessive, but also it becomes difficult to handle the element and form an end face.
[0040]
One of the indices of the stress acting on each layer constituting the element is the amount of warping of the element. The amount of warping of the element can be measured by using, for example, an interferometer.
[0041]
Table 4 below shows the amount of warpage of the element when the gallium nitride based light emitting element according to the first embodiment is mounted by a junction down method as shown in FIG. 2 using a submount made of silicon carbide. It is the result of measurement.
[0042]
[Table 4]
[0043]
As shown in Table 4, when the thickness of the gallium nitride substrate was 100 μm, the warpage amount of the element was 0.038 μm, and when the thickness of the gallium nitride substrate was 200 μm, the warpage amount of the element was 0.047 μm. The solid line in Table 4 represents the amount of warpage of the element obtained from the above stress calculation. The good agreement between the warpage amount of the element obtained from the stress calculation and the actual warpage amount indicates that the stress acting on the active layer of the element can be controlled by controlling the thickness of the gallium nitride substrate.
[0044]
As described above, in the second embodiment of the present invention, the stress acting on the active layer has been described as an example. However, the stress can be controlled by using the same method for all layers constituting the element.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for preventing deterioration of a nitride III-V compound semiconductor light emitting device of the present invention, the stress of the active layer of the light emitting device having the nitride III-V compound semiconductor as a substrate is applied to the substrate. It can be controlled by adjusting the thickness, and a very effective method for preventing deterioration of the element due to stress can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a nitride III-V compound semiconductor light emitting device according to first and second embodiments of the present invention. FIG. 2 is a nitridation according to first and second embodiments of the present invention. FIG. 3 is a structural cross-sectional view showing a state in which a compound III-V compound semiconductor light emitting device is mounted. FIG. 3 shows a nitride III-V compound semiconductor light emitting device mounted according to the first and second embodiments of the present invention. Cross-sectional view of the structure showing the state [Explanation of symbols]
11 n-type gallium nitride substrate 12 n-type buffer layer 13 n-type cladding layer 14 n-type guide layer 15 active layer 16 p-type guide layer 17 p-type cladding layer 18 p-type contact layer 19 current confinement insulating layer 20 n-type electrode 21 p Type electrode 22 Submount
